Sunforce™ - Loại mút xốp dạng hạt dễ dàng duy trì kích thước và độ bền ngay cả ở nhiệt độ cao.
​

Giới thiệu

Bạn đã bao giờ gặp phải vấn đề khi thiết kế với xốp polystyrene giãn nở (EPS) hoặc polypropylen giãn nở (EPP) rằng: "Kích thước và độ bền như mong đợi không đạt được trong môi trường nhiệt độ cao"?

Bài viết này giải thích cách đánh giá khả năng chịu nhiệt của bọt xốp từ "góc độ thiết kế", sử dụng bọt xốp dạng hạt polyphenylen ete biến tính (mPPE) "Sunforce™" làm ví dụ.

Tại sao khả năng chịu nhiệt của vật liệu xốp lại là một vấn đề thiết kế?

Xốp là vật liệu hữu ích về mặt giảm trọng lượng và tính linh hoạt trong hình dạng, và polystyrene giãn nở (EPS) và polypropylen giãn nở (EPP) được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
Mặt khác, trong các ứng dụng và quy trình liên quan đến môi trường nhiệt độ cao, thiết kế có thể bị lỗi do sự không ổn định về kích thước hoặc sự suy giảm độ bền lớn hơn dự kiến. Mặc dù những vấn đề này thường được cho là do "khả năng chịu nhiệt không đủ", nhưng khả năng chịu nhiệt của vật liệu xốp không thể chỉ được đánh giá bằng một chỉ số nhiệt độ duy nhất. Hành vi của vật liệu thay đổi đáng kể tùy thuộc vào điều kiện ứng suất và môi trường hoạt động.

Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ sử dụng các chỉ số hiệu quả để đánh giá khả năng chịu nhiệt của vật liệu xốp và sắp xếp cách các điều kiện khác nhau ảnh hưởng đến tính chất vật liệu.

Làm thế nào để đánh giá khả năng chịu nhiệt của vật liệu xốp?

Khả năng chịu nhiệt của bọt xốp thể hiện các đặc tính khác nhau tùy thuộc vào tiêu chí đánh giá. Trong chương này, chúng tôi so sánh khả năng chịu nhiệt của bọt xốp dạng hạt làm từ EPS, EPP và mPPE bằng cách sử dụng ba chỉ số đánh giá trong các điều kiện khác nhau.

(1) Thử nghiệm kích thước gia nhiệt

Thử nghiệm thay đổi kích thước khi gia nhiệt là một chỉ số được sử dụng để đánh giá độ ổn định kích thước của vật liệu trong điều kiện không có ứng suất tác dụng.
Trong khi EPS và EPP dễ bị biến đổi kích thước khi nhiệt độ tăng, các loại xốp dạng hạt làm từ mPPE lại thể hiện sự biến đổi kích thước tối thiểu ngay cả ở nhiệt độ cao và duy trì tính ổn định.

(2) Thử nghiệm HDT (Độ võng khi chịu tải)

HDT là chỉ số được sử dụng để đánh giá hành vi điện trở nhiệt dưới tải trọng.
Khi có ứng suất, độ cứng của vật liệu có xu hướng giảm và biến dạng diễn ra ngay cả ở nhiệt độ tương đối thấp trong EPS và EPP. Mặt khác, bọt xốp dạng hạt làm từ mPPE thể hiện đặc tính hạn chế biến dạng ngay cả khi chịu tải.

(3) Thử nghiệm nén ở nhiệt độ cao

Tỷ lệ giữ lại ứng suất nén ở nhiệt độ cao là một chỉ số đánh giá mức độ giảm ứng suất nén trong điều kiện nhiệt độ cao, và sự khác biệt về độ cứng vật liệu khi đạt đến nhiệt độ cao được phản ánh trong sự khác biệt về hành vi của từng vật liệu.

Vì sao xốp polystyrene giãn nở (EPS) và polypropylen giãn nở (EPP) có những hạn chế về thiết kế trong môi trường nhiệt độ cao?

Sự khác biệt trong kết quả đánh giá được trình bày ở chương trước xuất phát từ tính chất nhiệt của các loại nhựa cấu thành nên mỗi loại bọt.
EPS là vật liệu có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) nằm quanh mức 100°C. Do độ cứng của nó thay đổi ở nhiệt độ này, nên hành vi của nó ở nhiệt độ cao sẽ thay đổi tùy thuộc vào điều kiện hoạt động.
EPP có điểm nóng chảy cao, khoảng 160°C, nhưng nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) của nó chỉ khoảng 0°C. Do đó, trong khi nó thể hiện tính ổn định trong điều kiện không tải, độ cứng giảm dần rõ rệt hơn trong điều kiện có tải.
Các loại xốp dạng hạt làm từ mPPE có nhiệt độ chuyển pha (Tg) cao hơn so với các vật liệu này, và thể hiện sự thay đổi độ cứng dần dần hơn ngay cả ở nhiệt độ cao.
Sự khác biệt này được phản ánh trong sự khác biệt về kết quả đánh giá đã trình bày ở chương trước.

Các giá trị Tg và điểm nóng chảy điển hình (giá trị tham khảo trong tài liệu)

Sunforce™, một loại mút xốp dạng hạt cho phép tạo hình ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao.

Điểm nổi bật của Sunforce™ là nó tận dụng đặc tính chịu nhiệt của nhựa gốc mPPE dưới dạng bọt xốp. Mặc dù là dạng bọt, nó vẫn mang lại sự linh hoạt đáng kể trong thiết kế về độ ổn định kích thước và khả năng giữ ứng suất ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao, cung cấp mức độ tự do thiết kế khác biệt so với các sản phẩm đúc phun và vật liệu dạng khối.

Hơn nữa, Sunforce™ cung cấp dòng sản phẩm tập trung vào tỷ lệ giãn nở thấp từ 3,5 đến 15 lần, biến nó thành vật liệu dễ dàng đạt được cả việc giảm trọng lượng và chức năng của linh kiện trong các ứng dụng yêu cầu độ cứng và tính toàn vẹn cấu trúc trong môi trường nhiệt độ cao.
Điều này mang lại một lựa chọn vật liệu mới, ngay cả trong những điều kiện mà trước đây người ta cho rằng "không thể sử dụng bọt xốp dạng hạt ở nhiệt độ cao".

Tìm hiểu thêm về Sunforce™

Ví dụ về các ứng dụng có thể tận dụng khả năng chịu nhiệt

(1) Vật liệu cách nhiệt cho bộ tách dầu động cơ

Các bộ phận động cơ phải chịu các điều kiện ràng buộc và ứng suất nén trong môi trường nhiệt độ cao. Mặc dù việc sử dụng vật liệu xốp giúp giảm thiểu hiện tượng cách nhiệt và trọng lượng, nhưng việc giảm độ cứng ở nhiệt độ cao đôi khi lại trở thành một thách thức trong thiết kế.
Sunforce™ là một loại xốp dạng hạt làm từ vật liệu mPPE có độ cứng thay đổi dần ở nhiệt độ cao, do đó là một lựa chọn khả thi cho các ứng dụng cách nhiệt xung quanh bộ tách dầu động cơ.

(2) Vật liệu lõi CFRP

Trong các cấu trúc CFRP, cấu trúc dạng sandwich sử dụng vật liệu lõi được xem xét rộng rãi để đạt được cả giảm trọng lượng và độ cứng. Tuy nhiên, khi điều kiện nhiệt độ cao được áp dụng trong quá trình đúc hoặc trong môi trường hoạt động, vật liệu lõi cần có độ ổn định về kích thước và khả năng giữ nguyên hình dạng.
Sunforce™ sở hữu các đặc tính giúp nó ít bị biến dạng kích thước và giảm độ cứng ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao. Do đó, việc sử dụng nó làm vật liệu lõi cho CFRP giúp dễ dàng duy trì việc giảm trọng lượng đồng thời đảm bảo tính linh hoạt trong thiết kế trong quá trình đúc và sử dụng ở nhiệt độ cao.

Khả năng chịu nhiệt của vật liệu xốp có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện đánh giá. Trong điều kiện nhiệt độ cao và chịu ứng suất, nhiệt độ chuyển pha thủy tinh rất quan trọng đối với tính khả thi của thiết kế.
Chúng tôi hy vọng bài viết này sẽ đóng vai trò như một chất xúc tác để xem xét lại thiết kế vật liệu xốp trong môi trường nhiệt độ cao.

Về tác giả